本實用新型屬于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，尤其涉及一種用于研究結(jié)構(gòu)用桿件壓-彎-扭滯回性能的試驗裝置。

背景技術(shù)：
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結(jié)構(gòu)用桿件在實際工程中往往處于壓、彎、扭等復(fù)雜受力狀態(tài)下，而現(xiàn)有的研究結(jié)構(gòu)用桿件的試驗裝置大多數(shù)只考慮單一受力狀態(tài)下桿件的力學(xué)性能，比如只對桿件施加扭力荷載來研究桿件的扭轉(zhuǎn)性能，其不能真實的模擬桿件的受力狀態(tài)，同時在進(jìn)行試驗的過程中不能保證扭力力矩在整個加載過程中為定值，未能很好的實現(xiàn)桿件端部的真正嵌固，也無法克服相關(guān)摩擦力對試驗效果的影響，因此，會造成試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性不夠，給結(jié)構(gòu)用桿件的相關(guān)研究工作帶來了不便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種研究結(jié)構(gòu)用桿件在軸力、彎矩和扭矩共同作用下的滯回性能的試驗裝置。

本實用新型采用如下技術(shù)方案：提供一種研究結(jié)構(gòu)用桿件壓-彎-扭滯回性能的試驗裝置，包括固定座、桿件嵌固機(jī)構(gòu)、扭轉(zhuǎn)軸、扇形加載力臂、懸掛加載組件、測量組件和固定在一底座上的扭轉(zhuǎn)軸支撐架，桿件通過所述桿件嵌固機(jī)構(gòu)水平固定在所述固定座上，所述扭轉(zhuǎn)軸安裝在所述扭轉(zhuǎn)軸支撐架上，所述扇形加載力臂與所述扭轉(zhuǎn)軸的一端垂直焊接后與桿件連接，所述扇形加載力臂的回轉(zhuǎn)中心位于所述扭轉(zhuǎn)軸的軸線上，所述扭轉(zhuǎn)軸的軸線與桿件的軸線重合，所述扭轉(zhuǎn)軸的另一端設(shè)有軸力千斤頂，在桿件的上方豎向設(shè)置有側(cè)向力千斤頂，所述軸力千斤頂和所述側(cè)向力千斤頂上均設(shè)有荷載傳感器；

所述懸掛加載組件包括對稱懸掛于所述扇形加載力臂兩端的第一鋼絲繩和第二鋼絲繩，所述第一鋼絲繩末端配裝有第一扭力千斤頂，所述第二鋼絲繩末端配裝有第二扭力千斤頂，所述第一扭力千斤頂與所述第二扭力千斤頂上均設(shè)有荷載傳感器；

所述測量組件包括固定在底座上且位于所述扭轉(zhuǎn)軸兩側(cè)對稱的第一位移計和第二位移計，所述第一位移計和所述第二位移計的指針均連接有細(xì)鋼絲，所述細(xì)鋼絲的另一端均與所述扭轉(zhuǎn)軸連接，所述細(xì)鋼絲與所述扭轉(zhuǎn)軸相切；所述第一位移計與所述第一扭力千斤頂位于所述扭轉(zhuǎn)軸的同一側(cè)，所述第二位移計與所述第二扭力千斤頂位于所述扭轉(zhuǎn)軸的另一側(cè)。

所述桿件嵌固機(jī)構(gòu)包括第一嵌固組件和第二嵌固組件，所述第一嵌固組件和所述第二嵌固組件均由定位框和多個定位螺桿組成，桿件的兩端分別置于所述定位框內(nèi)，所述定位螺桿穿過所述定位框上對應(yīng)設(shè)置的螺紋定位孔頂緊桿件外側(cè)壁，所述第一嵌固組件固定在所述固定座上。

所述扭轉(zhuǎn)軸支撐架與所述扭轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有轉(zhuǎn)軸滾動支座以支撐所述扭轉(zhuǎn)軸。

所述軸力千斤頂與所述扭轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置有承壓軸承。

所述側(cè)向力千斤頂與桿件之間設(shè)置有側(cè)向荷載滾動支座，所述側(cè)向荷載滾動支座由剛性墊塊、滾珠和滾珠槽組成，所述側(cè)向力千斤頂作用在所述剛性墊塊上。

所述扇形加載力臂外邊緣設(shè)有凹槽，所述第一鋼絲繩和所述第二鋼絲繩的一端均纏繞固定于所述凹槽內(nèi)。

所述第一鋼絲繩所在的直線穿過所述第一扭力千斤頂?shù)闹行模龅诙摻z繩所在的直線穿過所述第二扭力千斤頂?shù)闹行摹?/p>

所述固定座所在的平面與所述底座所在的平面相互垂直。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：

(1)本實用新型可同時對桿件施加軸壓作用、彎矩作用和扭矩作用，能夠真實模擬結(jié)構(gòu)用桿件在實際工程中的復(fù)雜受力狀態(tài)，對結(jié)構(gòu)用桿件的設(shè)計和研究提供了有力支持；

(2)所述扇形加載力臂為對稱式結(jié)構(gòu)，所述第一鋼絲繩和所述第二鋼絲繩對稱懸掛于所述扇形加載力臂的兩端，在對桿件施加往復(fù)扭力荷載過程中，扭力力臂保持不變，可提高試驗的準(zhǔn)確性；

(3)所述桿件嵌固機(jī)構(gòu)包括第一嵌固組件和第二嵌固組件，所述第一嵌固組件和所述第二嵌固組件均由定位框和多個定位螺桿組成，桿件的兩端分別置于所述定位框內(nèi)，所述定位螺桿穿過所述定位框上對應(yīng)設(shè)置的螺紋定位孔頂緊桿件外側(cè)壁，可實現(xiàn)對桿件的真正嵌固；

(4)所述扭轉(zhuǎn)軸與所述扭轉(zhuǎn)軸支撐架之間采用轉(zhuǎn)軸滾動支座、所述桿件與所述側(cè)向力千斤頂之間采用側(cè)向荷載滾動支座，扭轉(zhuǎn)軸與軸力千斤頂之間設(shè)有承壓軸承，減小桿件變形過程中產(chǎn)生的摩擦力，提高了試驗的準(zhǔn)確性。

附圖說明：

圖1為本實用新型實施例提供的研究結(jié)構(gòu)用桿件壓-彎-扭滯回性能的試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的側(cè)視圖；

圖3為圖1所示的第一嵌固組件和第二嵌固組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖2所示的轉(zhuǎn)軸滾動支座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖1所示的側(cè)向荷載滾動支座結(jié)構(gòu)示意圖；

本實施例中：1-固定座；2-扭轉(zhuǎn)軸；3-扇形加載力臂；4-底座；5-扭轉(zhuǎn)軸支撐架；6-第一嵌固組件；7-第二嵌固組件；8-定位框；9-定位螺桿；10-桿件；11-轉(zhuǎn)軸滾動支座；12-軸力千斤頂；13-承壓軸承；14-側(cè)向力千斤頂；15-剛性墊塊；16-滾珠；17-滾珠槽；18-第一鋼絲繩；19-第二鋼絲繩；20-第一扭力千斤頂；21-第二扭力千斤頂；22-荷載傳感器；231-第一位移計；232-第二位移計；24-細(xì)鋼絲。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。

如圖1和圖2所示，本實用新型提供的一種研究結(jié)構(gòu)用桿件壓-彎-扭滯回性能的試驗裝置，包括固定座1、桿件嵌固機(jī)構(gòu)、扭轉(zhuǎn)軸2、扇形加載力臂3、懸掛加載組件、測量組件和固定在一底座4上的扭轉(zhuǎn)軸支撐架5。

如圖1和圖3所示，所述固定座1位于豎直平面內(nèi)，所述底座4位于水平面內(nèi)，所述桿件嵌固機(jī)構(gòu)包括一第一嵌固組件6和一第二嵌固組件7，所述第一嵌固組件6和所述第二嵌固組件7均由定位框8和多個定位螺桿9組成，桿件10水平放置，其兩端分別插入所述定位框8內(nèi)，所述定位螺桿9穿過所述定位框8的四周頂緊桿件10兩端，所述第一嵌固組件6固定在所述固定座1上。

所述扭轉(zhuǎn)軸2水平安裝在所述扭轉(zhuǎn)軸支撐架5上，進(jìn)一步地，如圖1、圖2和圖4所示，所述扭轉(zhuǎn)軸支撐架5與所述扭轉(zhuǎn)軸2之間設(shè)有轉(zhuǎn)軸滾動支座11，用于支撐所述扭轉(zhuǎn)軸2；所述扭轉(zhuǎn)軸2的一端與所述扇形加載力臂3垂直焊接，之后與桿件10組裝，所述扇形加載力臂3位于豎直平面內(nèi)，且在豎直方向上為對稱式結(jié)構(gòu)，所述扇形加載力臂3的回轉(zhuǎn)中心位于所述扭轉(zhuǎn)軸2的軸線上，所述扭轉(zhuǎn)軸2的軸線與桿件10的軸線重合，所述扭轉(zhuǎn)軸2的另一端設(shè)有軸力千斤頂12，所述軸力千斤頂12與所述扭轉(zhuǎn)軸2之間設(shè)有承壓軸承13。

如圖1和圖5所示，在桿件10的上方設(shè)有側(cè)向力千斤頂14，所述側(cè)向力千斤頂14與桿件10之間設(shè)置有側(cè)向荷載滾動支座，所述側(cè)向荷載滾動支座由剛性墊塊15、滾珠16和滾珠槽17組成，所述側(cè)向力千斤頂14作用在所述剛性墊塊15上。所述側(cè)向力千斤頂14和所述軸力千斤頂12均連接有荷載傳感器(未圖示)，利于對桿件10施加特定值的軸向荷載和側(cè)向力荷載，并保持不變。

如圖1所示，所述懸掛加載組件包括對稱懸掛于所述扇形加載力臂3兩端的第一鋼絲繩18和第二鋼絲繩19，所述第一鋼絲繩18末端配裝有第一扭力千斤頂20，所述第二鋼絲繩19末端配裝有第二扭力千斤頂21，所述第一扭力千斤頂20與所述第二扭力千斤頂21上均設(shè)有荷載傳感器22。所述第一鋼絲繩18所在的直線穿過所述第一扭力千斤頂20的中心，所述第二鋼絲繩19所在的直線穿過所述第二扭力千斤頂21的中心。進(jìn)一步地，所述扇形加載力臂3外邊緣設(shè)有凹槽，所述第一鋼絲繩18和所述第二鋼絲繩19的一端均纏繞固定于所述凹槽內(nèi)。

如圖1和圖2所示，所述測量組件包括固定在底座4上且位于所述扭轉(zhuǎn)軸2兩側(cè)對稱的第一位移計231和第二位移計232，所述第一位移計231和所述第二位移計232的指針均連接有細(xì)鋼絲24，所述細(xì)鋼絲24的另一端均與所述扭轉(zhuǎn)軸2連接，所述細(xì)鋼絲24與所述扭轉(zhuǎn)軸2相切。

所述第一位移計231與所述第一扭力千斤頂20、所述第一鋼絲繩18位于所述扭轉(zhuǎn)軸2的同一側(cè)，所述第二位移計232與所述第二扭力千斤頂21、所述第二鋼絲繩19位于所述扭轉(zhuǎn)軸2的另一側(cè)。

實施例：

采用上述的試驗裝置，對一種圓形鋼管混凝土進(jìn)行壓-彎-扭滯回性能試驗，試驗設(shè)定了對圓形鋼管混凝土施加往復(fù)扭力荷載過程中，進(jìn)行荷載控制加載過程的荷載等級，此實施例中依次設(shè)定了三個荷載等級：0.25Pu荷載等級、0.5Pu荷載等級、0.7Pu荷載等級，其中Pu為靜載試驗的極限承載力；依次設(shè)定了進(jìn)行位移控制加載過程的位移等級，此實施例中設(shè)定了七個位移等級：1Δ_y，1.5Δ_y，2Δ_y，3Δ_y，5Δ_y，7Δ_y，8Δ_y，其中Δ_y＝Pu/Ksec，Ksec為荷載達(dá)打破0.7Pu時的荷載-變形曲線的割線剛度。

圓形鋼管混凝土通過桿件嵌固機(jī)構(gòu)固定在所述固定座上；將圓形鋼管混凝土、扭轉(zhuǎn)軸、扇形加載力臂、懸掛加載組件、測量組件、扭轉(zhuǎn)軸支撐架、底座、側(cè)向力千斤頂、軸力千斤頂、第一扭力千斤頂、第二扭力千斤頂、多個荷載傳感器按照所述的試驗裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行組裝，其中第一扭力千斤頂和第二扭力千斤頂均調(diào)到最大量程；通過軸力千斤頂對圓形鋼管混凝土施加軸向荷載至特定值，并保持軸向荷載不變，再通過側(cè)向力千斤頂對圓形鋼管混凝土施加側(cè)向力荷載至特定值，并保持側(cè)向力荷載不變；然后通過懸臂加載組件對圓形鋼管混凝土施加扭力往復(fù)荷載，先對圓形鋼管混凝土進(jìn)行荷載控制加載，進(jìn)行0.25Pu荷載等級的加載：第一步，將第一扭力千斤頂與第一鋼絲繩末端連接，通過第一扭力千斤頂對圓形鋼管混凝土施加扭力荷載，使圓形鋼管混凝土轉(zhuǎn)動，至扭力荷載達(dá)到0.25Pu，之后卸載扭力荷載至0，然后斷開第一鋼絲繩與第一扭力千斤頂?shù)倪B接，此過程由第二位移計記錄扭轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧長，第二步，將第二扭力千斤頂與第二鋼絲繩末端連接，通過第二扭力千斤頂對圓形鋼管混凝土施加扭力荷載，使圓形鋼管混凝土轉(zhuǎn)動，至扭力荷載達(dá)到0.25Pu，之后卸載扭力荷載至0，然后斷開第二鋼絲繩與第二扭力千斤頂?shù)倪B接，此過程由第一位移計記錄扭轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧長；再重復(fù)一次此荷載等級的加載過程；繼續(xù)進(jìn)行0.5Pu荷載等級的加載，其與0.25Pu荷載等級的加載方式一致，只是相應(yīng)的把加載過程中扭力荷載達(dá)到的值換成0.5Pu，也再重復(fù)一次0.5Pu荷載等級的加載過程；繼續(xù)進(jìn)行0.7Pu荷載等級的加載，其與0.25Pu荷載等級的加載方式一致，只是相應(yīng)的把加載過程中扭力荷載達(dá)到的值換成0.7Pu，也再重復(fù)一次0.7Pu荷載等級的加載過程。

之后，繼續(xù)對所述圓形鋼管混凝土進(jìn)行位移控制加載：進(jìn)行1Δ_y位移等級的加載，第一步，將第一扭力千斤頂與第一鋼絲繩末端連接，通過第一扭力千斤頂對圓形鋼管混凝土施加扭力荷載，使圓形鋼管混凝土轉(zhuǎn)動，至扭力位移達(dá)到1Δ_y，之后卸載扭力荷載至0，然后斷開第一鋼絲繩與第一扭力千斤頂?shù)倪B接，此過程由第二位移計觀察扭力位移，第二步，將第二扭力千斤頂與第二鋼絲繩末端連接，通過第二扭力千斤頂對圓形鋼管混凝土施加扭力荷載，使圓形鋼管混凝土轉(zhuǎn)動，至扭力荷載達(dá)到1Δ_y，之后卸載扭力荷載至0，然后斷開第二鋼絲繩與第二扭力千斤頂?shù)倪B接，此過程由第一位移計觀察扭力位移；再重復(fù)兩次此位移等級的加載過程；繼續(xù)進(jìn)行1.5Δ_y位移等級的加載，其與1Δ_y位移等級的加載方式一致，只是相應(yīng)的把加載過程中扭力位移達(dá)到的值換成1.5Δ_y，也再重復(fù)兩次1.5Δ_y位移等級的加載；繼續(xù)進(jìn)行2Δ_y位移等級的加載，其與1Δ_y位移等級的加載方式一致，只是相應(yīng)的把加載過程中扭力位移達(dá)到的值換成2Δ_y，也再重復(fù)兩次2Δ_y位移等級的加載；繼續(xù)進(jìn)行3Δ_y位移等級的加載，其與1Δ_y位移等級的加載方式一致，只是相應(yīng)的把加載過程中扭力位移達(dá)到的值換成3Δ_y，再重復(fù)一次3Δ_y位移等級的加載，在此次重復(fù)的3Δ_y位移等級加載過程中，圓桿件結(jié)構(gòu)破壞，因此試驗結(jié)束。

根據(jù)試驗過程中第一位移計、第二位移計、第一扭力千斤頂、第二扭力千斤頂記錄的數(shù)據(jù)，繪制出扭力P-扭轉(zhuǎn)角θ曲線：

計算扭轉(zhuǎn)角：

θ＝180·l/(πr₁) ①

公式①中，θ表示圓形鋼管混凝土扭轉(zhuǎn)角；l表示扭轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧長，是由第一位移計和第二位移計記錄的數(shù)據(jù)；r₁表示扭轉(zhuǎn)軸的半徑；

扭力P為第一扭力千斤頂和第二扭力千斤頂上的荷載傳感器記錄的數(shù)據(jù)。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型權(quán)利要求所限定的范圍。